Component - Dithered Voltage DAC (DVDAC) V2.0 - Chinese

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PSoC Creator™组件数据手册
抖动电压数模转换器(DVDAC)
2.0
特性




两个电压范围,即 1 伏特和 4 伏特
分辨率可调整为 9、10、11 或 12 位
具有抖动特性,该特性使用了 DMA,而无需使用 CPU 的开销
使用一个单 DAC 模块
概述
抖动电压数模转换器(DVDAC)模块的分辨率范围为 9 位到 12 位。抖动用于提高其基本的 8 位
VDAC8 分辨率。只需要使用小的输出电容来抑制抖动产生的噪声。
输入/输出接口
本节介绍了 VDAC8 的各种输入和输出接口。I/O 列表中的星号(*)表示,在 I/O 说明部分中所列
出的情况下,该 I/O 可能不可见。
Vout — 模拟
Vout 终端连接到 DAC 的电压输出端。它可以连接到 PSoC 上任何兼容模拟的引脚。需要在该输
出引脚和 Vssa 之间放置外部电容,以滤除电压抖动所生成的噪声。
赛普拉斯半导体公司• 198 Champion Court • San Jose,CA 95134-1709 • 408-943-2600
文档编号:001-92054 修订版**
修订版 April 10, 2014
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抖动电压 DAC
时钟 — 输入*
外部时钟终端。当选中 External clock 选项时,将出现该终端。如果选中 Internal clock 选项,
则时钟自动在组件内部配置,且时钟终端将不显示。时钟输入是在组件外部生成的时钟。该时钟
决定了 DAC(数模转换器)数据寄存器的更新速率。
组件参数
将一个 DVDAC 组件拖入您的设计中,并双击以打开“Configure”对话框。
DVDAC 组件提供下列参数。
Voltage Range(电压范围)
此参数允许您将两个电压范围中的一个设置为默认值。
范围
输入值范围
输出公式
1伏
0至1.020伏
Vout = (value/2
bits
) * 1.024伏
4伏
0 至 4.080伏
Vout = (value/2
bits
) * 4.096伏
注:“bits”指的是 DAC 分辨率的位数。“value”表示 DAC 的当前整数数值。
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抖动电压 DAC
Resolution(分辨率)
通过该参数,可以选择四个分辨率中的一个(即 9、10、11 或 12)。请查看 Value(数值)部分
的表格,了解 Resolution 和 Value 参数之间的关系。
Value(数值)
mV 字段表示 DVDAC 输出电压的初始值,其单位为毫伏。Hex 字段表示 DVDAC 输入数据值以十
六进制格式来显示。运行时间内,DVDAC_SetValue()函数可以覆盖默认值。
分辨率
数值
步长,单位为mV
步长,单位为mV
(1 伏的范围)
(4伏的范围)
9
0x0至0x1FE
2
8
10
0x0至0x3FC
1
4
11
0x0至0x7F8
0.5
2
12
0x0至0xFF0
0.25
1
Timing(时序)
通过 Internal clock 和 External clock 选项,您可以选择组件的时钟源,具体选项如下:


Internal clock:DVDAC 组件的内部时钟源
External clock:该组件的外部时钟源
使能外部时钟时,DVDAC 符号中将显示时钟的输入引脚。
Clock frequency(kHz)字段指的是输出电压被更新为抖动电压值的速度。每次更新时钟频率时,
会生成 DMA 请求,使下一个值被写入 VDAC 内。最大频率受 8 位 VDAC 模块的更新率的限制,
并且对于 1 伏的范围和 4 伏的范围,该频率分别为 1 MHz 和 250 KHz。该频率必须大于
BUS_CLK 除以 12 的频率,以确保在生成下一个请求前,DMA 请求能够完成其传输。如果系统中
的其他函数也使用了 DMA,需要使用 BUS_CLK 和 DVDAC 时钟之间的更高容限。当使用内部时
钟时,所选的默认频率将是电压范围内受支持的最大频率。所以,可以将该频率修改为更低的值。
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抖动电压 DAC
应用编程接口
通过应用编程接口(API),您可以使用软件对组件进行配置。下表列出并说明了每个函数的接口。
以下各节将更详细地介绍每个函数。
默认情况下,PSoC Creator 将实例名称“DVDAC_1”分配给指定设计中组件的第一个实例。可
将该值更改为符合标识符语法规则的任意唯一值。实例名称会成为每个全局函数名称、变量和常
量符号的前缀。为了便于阅读,下表中使用的实例名称为“DVDAC”。
函数
说明
DVDAC_Start()
使用默认自定义程序的值初始化DVDAC。
DVDAC_Stop()
禁用DVDAC,并将其设置为最低功耗状态。
DVDAC_SetValue()
设置DVDAC的输出。
DVDAC_Sleep()
停止并保存用户配置。
DVDAC_WakeUp()
恢复并使能用户配置。
DVDAC_Init()
初始化或恢复默认DVDAC配置
DVDAC_Enable()
使能DVDAC。
DVDAC_SaveConfig()
保存非保留DAC数据寄存器的值。
DVDAC_RestoreConfig()
恢复非保留DAC数据寄存器的值
全局变量
变量
DVDAC_initVar
说明
指示DVDAC是否已经初始化。该变量初始化为0,在第一次调用DVDAC_Start()时设置为1。这
样,第一次调用DVDAC_Start()后,组件不用重新初始化即可重启。
如需重新初始化组件,可在调用DVDAC_Start()或DVDAC_Enable()函数前,先调用
DVDAC_Init()函数。
void DVDAC_Start(void)
说明:
对组件执行所有要求的初始化,并给模块上电。第一次执行子程序时,组件初始化为已配置
的设置。在调用DVDAC_Stop()后重启DVDAC会保留组件参数的当前设置。
参数:
无
返回值:
无
其他影响:
如果已经设置了DVDAC_initVar变量,则该函数仅调用DVDAC_Enable()函数。
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抖动电压 DAC
void DVDAC_Stop(void)
说明:
停止组件,并关闭DVDAC中的模拟模块。
参数:
无
返回值:
无
void DVDAC_SetValue(uint16 value)
说明:
设置DVDAC的输出。该函数根据数值和分辨率设置填充SRAM数组。然后,DMA将该数组
传输到内部VDAC。
参数:
(uint16) value:最大值取决于所选的分辨率:
 0 – 1FE(用于9位分辨率)
 0 – 3FC(用于10位分辨率)
 0 – 7F8(用于11位分辨率)
 0 – FF0(用于12位分辨率)
该值包括两个部分:整数和分数,其中分数部分随着分辨率的位数量的变化而改变。
 9位:一个分数位
 10位:两个分数位
 11位:3个分数位
 12位:4个分数位
返回值:
无
void DVDAC_Sleep(void)
说明:
这是让组件准备进入睡眠的首选API。DVDAC_Sleep() API保存当前组件的状态。然后,调
用DVDAC_Stop()函数,并调用DVDAC_SaveConfig()以保存硬件配置。
在调用CyPmSleep()或CyPmHibernate()函数之前,先调用DVDAC_Sleep()函数。有关功耗
管理函数的详细信息,请参考PSoC Creator 《系统参考指南》。
参数:
无
返回值:
无
其他影响:
无
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抖动电压 DAC
void DVDAC_Wakeup(void)
说明:
这是将组件恢复为调用VDAC8_Sleep()时的状态的首选API。DVDAC_Wakeup() 函数将调
用DVDAC_RestoreConfig()函数以恢复配置。如果组件在调用DVDAC_Sleep()函数前已使
能,则DVDAC_Wakeup()函数也会重新使能组件。
参数:
无
返回值:
无
其他影响
调用DVDAC_Wakeup()函数前未调用DVDAC_Sleep()或DVDAC_SaveConfig()函数,可能
会产生意外的行为。
void DVDAC_Init(void)
说明:
根 据 自 定 义 程 序 “Configure” 对 话 框 中 的 设 置 初 始 化 或 恢 复 组 件 。 不 需 要 调 用
DVDAC_Init(),因为DVDAC_Start() API会调用此函数,这是开始执行组件操作的首选方
法。
参数:
无
返回值:
无
void DVDAC_Enable(void)
说明:
激活硬件,并开始执行组件操作。不需要调用DVDAC_Enable(),因为DVDAC_Start() API
会调用此函数,这是开始执行组件操作的首选方法。
参数:
无
返回值:
无
void DVDAC_SaveConfig(void)
说明:
此函数会保存组件配置和非保留的寄存器。此函数由DVDAC_Sleep()函数调用。
参数:
无
返回值:
无
void DVDAC_RestoreConfig(void)
说明:
该函数会恢复组件配置和非保留的寄存器。此函数由DVDAC_Wakeup()函数调用。
参数:
无
返回值:
无
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抖动电压 DAC
MISRA 合规性
本节介绍了MISRA-C : 2004兼容性和本组件的偏差情况。定义了下面两种类型的偏差:


项目偏差 — 适用于所有 PSoC Creator 组件的偏差
特定偏差 — 仅适用于该组件的偏差
本节介绍了有关组件特定偏差的信息。《系统参考指南》的“MISRA 合规性”章节中介绍项目偏
差以及有关 MISRA 合规性验证环境的信息。
此 DVDAC 组件没有任何特定偏差。
该组件配有以下嵌入式组件:时钟、VDAC8以及DMA。MISRA合规性与特定偏差的相关信息,请
参见相应组件的数据手册。
固件源代码示例
PSoC Creator 在“Find Example Project”(查找示例项目)对话框中提供了多个包括原理图和
代码示例的示例项目。要查看特定组件实例,请打开“Component Catalog”中的对话框或原理图
中的组件示例。要查看通用示例,请打开‘Start Page’或 File 菜单中的对话框。根据要求,可
以通过使用对话框中的 Filter Options 选项来限定可选的项目列表。
更多有关信息,请参考《PSoC Creator 帮助》部分中主题为“查找示例项目”的内容。
功能说明
该组件的基本工作原理是:如果您快速向 DAC 写入两个或更多的数值,并过滤输出,那么,该输
出值将是所写入 DAC 的数值的平均值。假设周期性地向 DAC 写入数值。
一般情况下,处在 1 伏范围内的 8 位 VDAC 提供 4 mV (即 1.024 V / 256 = 4 mV)的分辨率。如果
您想得到 500 mV,只要将 125 写入 DAC 内即可(125 * 4 mV = 500 mV)。
但是,如果您想获得 501 mV,则需要将其设置为 500 或 504 mV。通过在相应的高速度使输出发
生抖动,则可以求多个输出值的平均,会得到 501 mV 的输出。此情况下,需要周期性地向
VDAC 写入四个数值。
在 1 伏范围内,将 125 写入到 VDAC 内,可以得到 500 mV 的输出。写入 126 将生成 504 mV 的
输出电压。通过对 500、500、500 以及 504 求平均值,可以得到 501。下表介绍了输出如何抖动
的示例。可以在任何两个 8 位步长之间采用此方式,以便提高分辨率。
采样
数组1
数组2
数组3
数组4
1
125
125
125
125
2
125
125
125
126
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抖动电压 DAC
3
125
125
126
126
4
125
126
126
126
平均值
125.00
125.25
125.50
125.75
平均电压(mV)
500
501
502
503
抖动 VDAC 使用限制
抖动 DAC 不能生成完整的 2bits 唯一输出值。所有最终的 N 代码(其中 N = 2(bits – 8))都生成相同
的输出电压。这是因为抖动操作需要两个相邻的 8 位 DAC 值才能产生一个平均输出信号。
当内部 8 位 DAC 输出为 255 (0xFF)时,没有任何更高的相邻值。当将电压 DAC 配置为 1 伏范围,
并将最高输出值写入 VDAC 内时,输出值将为:1.024 * (255 / 256) = 1.020 V。这是由 8 位
VDAC 可生成的最高电压。
将相同的公式适用于真 10 位 VDAC,将得到稍微高一点的输出值,即 1.024 * (1023 / 1024) =
1.023 V。对于抖动的 VDAC,因为正在使用单一的 8 位 VDAC 模仿一个 10 位 VDAC,所以最大
电压仍然是 8 位 VDAC 生成的电压。这样,超过 8 位 VDAC 数值的任何值均为无效。对于抖动的
10 位 VDAC,最高有效代码是 1020,即(1.024 * (1020 / 1024) = 1.020 V)。
下表显示了每个分辨率的代码限制。
分辨率(位)
有效范围
无效代码
无效范围
9
0 – 510
1
511
10
0 – 1020
3
1021 - 1023
11
0 – 2040
7
2041 - 2047
12
0 - 4080
15
4081 - 4095
其他更加明显的限制是处理抖动时生成的噪声。由于输出值等于两个相邻值的平均值,所以抖动
过程只会生成小幅的噪声。此情况下,1 伏范围的噪声为 4 mV (1.024 / 256);4 伏范围的噪声为
16 mV(4.096 / 256)。实际抖动频率会随着 DAC 分辨率的不同而有所变化。如果 DMA 使用一
个 1 MHz 的抖动时钟,并且将周期数设置为 4(10 位),那么,实际抖动频率大约为 250 kHz
(1 MHz / 4)。
电容值计算
通过添加滤波器,可以将抖动噪声降低至可接受的级别。由于该滤波器位于器件外部,因此可以
使用任何有源或无源的滤波器类型,只要能降低抖动输出的噪声即可。
为了使用少数的外部组件,可能只需要一个一阶的无源滤波器。一阶滤波器包括一个电阻和一个
电容。由于已经提供了 DAC 的输出电阻,即 1 伏范围的电阻为 4 kΩ,4 伏范围的电阻为 16 kΩ,
因此将同时免费提供电阻。也就是说,只需要为输出添加一个电容即可。
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抖动电压 DAC
要想计算电容值,首先要确定所需的衰减幅度,然后确定滤波器的截止频率。每当超过 8 位分辨
率的每一位时,大约需要减少输出的 6 dB,以衰减此抖动频率生成的噪声。对于 10 位 DAC,将
需要衰减抖动输出的 12 dB,即(6 db * (10 位– 8 位))。对于 11 位 DAC,衰减值为 18 dB,
并以此类推。
滤波器的截止频率与抖动频率相关联。VDAC8 规格规定 1 伏范围和 4 伏范围的最大时钟频率分别
为 1 MHz 和 256 kHz。不过,需要对该输出值进行 2B-8 分频,其中“B”是分辨率的位数量。例
如,如果想要 1 伏范围内 10 位分辨率的输出,则需要将 1 MHz 采样时钟进行 4(2(10-8))分频,
即 1 MHz / 4 = 250 kHz。
下表介绍了每个分辨率和电压范围的所需衰减和抖动频率。
分辨率
9
10
11
12
位
6
12
18
24
dB
1 伏的抖动频率
500
250
125
62.5
kHz
4 伏的抖动频率
125
62.5
31.3
15.6
kHz
衰减
通过下面的公式,可以计算滤波器的截止频率。
公式 1. 滤波器衰减
F

Atten  20 * log dith 
F
 c 
其中:
“Atten”是已给分辨率所需要的衰减量。Fdith 是抖动频率,Fc 是滤波器的截止频率。
Fc 的计算方法:
公式 2. 截止频率
Fc 
Fdith
Atten
10 20
得到截止频率后,可以计算滤波器的电容值。
公式 3. RC 滤波器的截止频率
Fc 
1
2RC
C 的计算方法:
公式 4. 所需要的电容值
C
1
2RFc
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抖动电压 DAC
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稳定时间的计算
需要考虑的最后数值是已给分辨率 DAC 的稳定时间。
公式 5. 设置 RC 滤波器的电压
t
VS  Vin e RC
其中,Vs 是设置电压,Vin 是 8 位 VDAC 的最小步长。如果 Vin 等于一个单位,则 Vs 将是需要设置
的最小步长的分数,以得到准确的输出值。理想状态下,输出值将处于一半 VDAC 最小步长的范
围内。下面显示了初始 VDAC 的 DAC 步长。
公式 6. 半步长电压
1
Vs  0.5 *
B8
2
其中,“B”是所需分辨率的位的数量。使用“0.5”乘数的原因是想要的误差等于步长的一半。
如果将这两个公式组合起来,便得到下面公式:
公式 7. 组合设置公式
0 .5 *
2
t
1
 Vin e RC
B8
计算时间(稳定时间):
公式 8. 电压的稳定时间
t   ln(
2
0.5
)* R *C
B8
资源
DVDAC 组件使用以下的器件资源:



VIDAC 模块、
DMA 通道、
数字时钟分频器(用于内部时钟选项)。
API 存储器的使用情况
根据编译器、器件、所使用的 API 数量以及组件的配置情况的不同,组件所用的存储器大小也不
一样。下表提供了给定组件配置所有 API 的存储器使用大小。
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抖动电压 DAC
通过使用“Release”模式中的相应编译器,可以进行测量操作。在该模式下,存储器的大小得到
优化。对于特定的设计,分析编译器生成的映射文件后可以确定存储器的使用情况。
PSoC 3(Keil_PK51)
配置
默认值
PSoC 5LP(GCC)
闪存
SRAM
闪存
SRAM
字节
字节
字节
字节
605
12
704
11
直流和交流的电气特性
除非另有说明,这些规范的适用条件是:–40 °C ≤ TA ≤ 85 °C,且 TJ ≤ 100 °C。除非另有说明,
这些规范的适用范围为 1.71 V 到 5.5 V。典型值的适用条件为:TA = 25 °C。
直流电特性
参数
说明
条件
最小值
典型值
最大值
单位
9
–
12
位
1 V范围,9位
–
待定
待定
LSB
1 V范围,10位
–
待定
待定
LSB
1 V范围,11位
–
待定
待定
LSB
1 V范围,12位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,9位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,10位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,11位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,12位
–
待定
待定
LSB
1 V范围,9位
–
待定
待定
LSB
1 V范围,10位
–
待定
待定
LSB
1 V范围,11位
–
待定
待定
LSB
1 V范围,12位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,9位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,10位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,11位
–
待定
待定
LSB
4 V范围,12位
–
待定
待定
LSB
分辨率
积分非线性
INL
积分非线性
INL
差分非线性
DNL
差分非线性
DNL
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抖动电压 DAC
参数
说明
最小值
典型值
最大值
单位
1 V范围
–
4
–
k
4 V范围
–
16
–
k
1 V范围
–
1.02
–
V
4 V范围,VDDA = 5 V
–
4.08
1
–
V
单调性
–
–
是
–
零范围误差
–
待定
1 V范围
–
待定
待定
%
4 V范围
–
待定
待定
%
1 V范围
–
–
待定
%FSR/°C
4 V范围
–
–
待定
%FSR/°C
–
–
待定
µA
输出阻抗
条件
ROUT
VOUT
VOS
输出电压的范围,
最大的代码值
增益误差
Eg
温度系数,增益误差
TC_Eg
IDD
工作电流
LSB
交流特性
参数
FDAC
TsettleP
TsettleN
1
说明
最小值
典型值
最大值
单位
9位(1 V范围)
–
–
500
ksps
9位(4 V范围)
–
–
125
ksps
10位(1 V范围)
–
–
250
ksps
10位(4 V范围)
–
–
62
ksps
11位(1 V范围)
–
–
125
ksps
11位(4 V范围)
–
–
31
ksps
12位(1 V 范围)
–
–
62
ksps
12位(4 V范围)
–
–
15
ksps
1 V范围,CLOAD = 15 pF
–
待定
µs
4 V范围,CLOAD = 15 pF
–
待定
µs
使Vout的变动幅度为0.1% 1 V范围,CLOAD = 15 pF
的建立时间,
4 V范围,CLOAD = 15 pF
步长为75%到25%
–
待定
µs
–
待定
µs
有效的更新速率
使Vout的变动幅度为0.1%
的建立时间,
步长25%到75%
条件
如果 VDDA < 5V,输出将遵循以下输出电压规范(VDDA – 1 V)。
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参数
Vn1V
抖动电压 DAC
说明
电压噪声
条件
范围 = 1 V,快速模式,Vdda
= 5 V,10 kHz
最小值
典型值
最大值
单位
–
待定
–
nV/sqrtHz
组件更改
本节列出了各版本的主要组件更改内容。
版本
更改说明
2.0
该组件受赛普拉斯支持的第一版本。
更改原因/影响
©赛普拉斯半导体公司,2014。此处所包含的信息可能会随时更改,恕不另行通知。除赛普拉斯产品内嵌的电路以外,赛普拉斯半导体公司不对任何其他电路的使用承担任何责任。也不根据专利
或其他权利以明示或暗示的方式授予任何许可。除非与赛普拉斯签订明确的书面协议,否则赛普拉斯产品不保证能够用于或适用于医疗、生命支持、救生、关键控制或安全应用领域。此外,对于
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产品使用可能受适用的赛普拉斯软件许可协议限制。
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